Viskoelastische rheologische Modellierung der lateralen dynamischen Reaktion von beschotterten Eisenbahnschienen

Zusammenfassung Dieser Artikel präsentiert eine neuartige Methodik zur Bewertung der Reaktion von beschotterten Eisenbahnschienen unter zugverursachter Belastung in seitlichen Richtungen. Der Schwerpunkt dieser Studie liegt auf der Entwicklung einer rechnerischen Technik, die die laterale Reaktion von beschotterten Eisenbahnschienen erfassen kann, die in früheren Studien ignoriert wurde. Der vorgeschlagene Ansatz verwendet ein viskoelastisches rheologisches Schienenmodell, bei dem drei Unterbauschichten mit diskreten Massen, Hookeschen (Feder) und Newtonschen Elementen (Dämpfer) simuliert werden. Die Methodik wird erfolgreich anhand von Daten aus experimentellen und analytischen Untersuchungen, die in der Literatur veröffentlicht wurden, validiert. Anschließend werden parametrische Untersuchungen durchgeführt, um den Einfluss der Achslast, der Zuggeschwindigkeit und der Dicke der Körnerschicht auf die Schienenreaktion zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmender Achslast (20 bis 40 t) und Zuggeschwindigkeit (70 bis 200 km/h) die Schienenverlagerungen (sowohl lateral als auch vertikal) um 100 % bzw. 26,2 % zunehmen. Ein Anstieg der Dicke der Körnerschicht (0,1 bis 0,75 m) reduziert jedoch die Verlagerung des Schotteroberflächen (lateral und vertikal) um 20–30 %. Die Ergebnisse verdeutlichen die Fähigkeit des vorgeschlagenen rechnerischen Ansatzes, die transienten Reaktionen von Eisenbahnschienen und den Einfluss benachbarter Schichteigenschaften auf die Schienenreaktion zu erfassen. Die vorgeschlagene Methodik kann praktizierenden Eisenbahningenieuren bei der Bewertung der Leistung von beschotterten Eisenbahnschienen in seitlichen Richtungen hilfreich sein.